CN113845817B - 用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法 - Google Patents

用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，属于功能材料制备技术领域。本发明解决了现有屏蔽材料无法同时有效屏蔽中子和γ射线等空间高能质子辐射的问题。本发明通过球磨工艺将稀土金属氧化物与高Z金属材料进行复合，形成核壳结构，再将复合颗粒与树脂基体复合，制备成防辐射涂层。本发明制备的核壳结构复合颗粒在树脂基体中分散开后，会在微观结构上形成不同材料多层交替的结构，实现射线在材料中的交替穿透，使材料具备更好的空间高能质子辐射防护能力的同时，简化了多层交替材料的制备工艺。

Description

用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制 备方法
技术领域
本发明涉及用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，属于功能材料制备技术领域。
背景技术
航天器在外太空飞行时，因为脱离了地球大气层的保护，航天器始终处于恶劣的空间环境中进行工作。在众多的空间环境因素下，高强度的辐照始终是影响航天器工作性能及使用寿命的关键因素。空间辐照根据粒子的类型可分为重离子、α粒子、质子、电子、中子、X射线、γ射线等，不同类型的粒子对航天器材的损伤在原理上是存在着差异的，因此若想对航天器进行良好的防护，则需要针对不同类型的粒子设计材料进行防护。
在复杂的辐射环境中，单一元素的屏蔽材料往往仅能屏蔽一种类型的射线，因而往往无法达到一种材料同时具备屏蔽两种或两种以上射线的能力。根据射线与物质的相互作用机制得知，γ射线的屏蔽需要通过高Z材料来完成，而中子的屏蔽需要低Z材料或其他具有很高中子屏蔽截面的材料来完成。但如果将高Z与低Z进行复合后，对于γ射线而言，低Z材料几乎不起作用，仅有高Z材料可以对其起到防护作用。而对于中子防护，低Z可起到的效果也有限。因此，提供能够有效屏蔽中子和γ射线等空间高能质子的辐射复合材料是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决现有上述技术问题，提供用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法。
本发明的技术方案：
用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，制备复合粉体；
将稀土金属氧化物和高Z金属材料混合后进行球磨处理，获得复合粉体；
步骤2，制备复合涂层；
将步骤1获得的复合粉体与树脂进行混合，并使用三辊研磨机进行研磨处理，研磨结束后，将得到的浆料涂覆在被保护物体表面，干燥处理后形成复合涂层。
进一步限定，稀土金属氧化物为氧化钆、氧化铒、氧化钐、氧化铈中一种或两种按任意比例混合；所述的高Z金属材料为钨单质、钽单质、铋单质中一种或两种以上按任意比例混合。
进一步限定，步骤1中球磨处理过程中球料比为2:1、4:1、6:1或8:1。
进一步限定，步骤1中球磨处理过程中稀土金属氧化物和高Z金属材料的质量比为1:1、2:1、3:1、4:1或5:1。
进一步限定，步骤1中球磨处理条件为：常压球磨或通入保护气进行球磨，转速为200～1000rpm，球磨时间为12～48h。
更进一步限定，保护气为Ar或N2。
进一步限定，步骤2中研磨处理时间为5～10min。
进一步限定，步骤2中复合粉体加入量为复合粉体和树脂总质量的10～50％。
进一步限定，步骤2获得到的复合涂层的厚度为100um～1cm。
进一步限定，步骤2中树脂为环氧树脂、氰酸酯、聚氨酯或高密度聚乙烯中任意一种。
进一步限定，步骤2中浆料涂覆方式为喷涂法、刮涂法或旋涂法。
进一步限定，步骤2中干燥条件为30～100℃下干燥6～8h。
本发明具有以下有益效果：本发明通过球磨工艺将稀土金属氧化物与高Z金属材料进行复合，形成核壳结构，再将复合颗粒与树脂基体复合，制备成防辐射涂层。具有以下优点：
(1)本发明中采用球磨技术将稀土材料与高Z材料进行球磨复合，方法简单，通过调整球磨参数，可有效控制复合颗粒的尺寸，形成核壳结构；
(2)本发明制备的核壳结构复合颗粒在树脂基体中分散开后，会在微观结构上形成不同材料多层交替的结构，实现射线在材料中的交替穿透，使材料具备更好的γ射线和中子的屏蔽能力同时，简化了多层交替材料的制备工艺；
(3)本发明将稀土材料与传统高Z金属材料进行复合，使得复合材料在屏蔽γ射线和中子的能力大幅提升，该方法提供的材料丰富了辐射屏蔽材料的种类。
附图说明
图1为氧化钆/W复合涂层的SEM照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
实施例1：
一、制备复合粉体
将质量比为1:1的氧化钆和钨单质混合倒入球磨罐中，使球磨罐中球料比为2:1，将球磨罐装入球磨机中，在常压条件下，采用200rpm的转速，球磨12h，球磨结束后，取出球料，进行球料分离，获得具有核壳结构的复合粉体；
二、复合粉体
将上述获得的复合粉体与环氧树脂进行混合，其中复合粉体质量分数为10％，使用三辊研磨机进行充分研磨与混合，研磨时间为10min，研磨结束后，采用喷涂的方式将混合得到的浆料涂覆在被保护物体表面，形成厚度为100um涂层，将涂层置于真空干燥箱中，在30℃下干燥6h，获得复合涂层。
对获得的复合涂层进行微观结构表征，通过图1的扫描电镜图可知，粉体在树脂基体中的分散性较好，成膜后涂层厚度均匀，颗粒无大面积团聚，可较好地实现对中子和γ射线的屏蔽。
实施例2：
一、制备复合粉体
将质量比为2:1的氧化铒和钽单质混合倒入球磨罐中，使球磨罐中球料比为2:1，将球磨罐装入球磨机中，在Ar保护条件下，采用200rpm的转速，球磨24h，球磨结束后，取出球料，进行球料分离，获得具有核壳结构的复合粉体；
二、复合粉体
将上述获得的复合粉体与环氧树脂进行混合，其中复合粉体质量分数为30％，使用三辊研磨机进行充分研磨与混合，研磨时间为10min，研磨结束后，采用刮涂的方式将混合得到的浆料涂覆在被保护物体表面，形成厚度为500um涂层，将涂层置于真空干燥箱中，在50℃下干燥8h，获得复合涂层。
实施例3：
一、制备复合粉体
将质量比为5:1的氧化铈和铋单质混合倒入球磨罐中，使球磨罐中球料比为2:1，将球磨罐装入球磨机中，在Ar保护条件下，采用400rpm的转速，球磨24h，球磨结束后，取出球料，进行球料分离，获得具有核壳结构的复合粉体；
二、复合粉体
将上述获得的复合粉体与环氧树脂进行混合，其中复合粉体质量分数为30％，使用三辊研磨机进行充分研磨与混合，研磨时间为10min，研磨结束后，采用刮涂的方式将混合得到的浆料涂覆在被保护物体表面，形成厚度为500um涂层，将涂层置于真空干燥箱中，在50℃下干燥8h，获得复合涂层。
对比例1：
制备高Z复合涂层
将钨单质粉体预与环氧树脂进行混合，其中粉体质量分数为10％，使用三辊研磨机进行充分研磨与混合，研磨时间为10min，研磨结束后，采用喷涂的方式将混合得到的浆料涂覆在被保护物体表面，形成厚度为100um涂层，将涂层置于真空干燥箱中，在30℃下干燥6h，获得复合涂层。
对比例2：
制备稀土复合涂层
将氧化钆与环氧树脂进行混合，其中粉体质量分数为10％，使用三辊研磨机进行充分研磨与混合，研磨时间为10min，研磨结束后，采用喷涂的方式将混合得到的浆料涂覆在被保护物体表面，形成厚度为100um涂层，将涂层置于真空干燥箱中，在30℃下干燥6h，获得复合涂层。
对该复合涂层进行性能测试，结果如下：
利用241Am(60Kev)源照射复合涂层材料，照射时间为10s，得到如下数据。
Figure BDA0003283181420000041
通过测试数据可知，改性后的复合涂层线性衰减系数明显高于未改性的涂层材料，且改性后的复合涂层将241Am源能量衰减至原来的十分之一仅需0.0.187cm，可有效抵挡空间高能质子的辐射。

Claims (7)

1.用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，制备复合粉体；
将稀土金属氧化物和高Z金属材料混合后进行球磨处理，获得复合粉体；
所述的步骤1中球磨处理过程中球料比为2:1、4:1、6:1或8:1；
所述的步骤1中球磨处理过程中稀土金属氧化物和高Z金属材料的质量比为1:1、2:1、3:1、4:1或5:1；
所述的步骤1中球磨处理条件为：常压球磨或通入保护气进行球磨，转速为200～1000rpm，球磨时间为12～48h；
步骤2，制备复合涂层；
将步骤1获得的复合粉体与树脂进行混合，并使用三辊研磨机进行研磨处理，研磨结束后，将得到的浆料涂覆在被保护物体表面，干燥处理后形成复合涂层。
2.根据权利要求1所述的用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的稀土金属氧化物为氧化钆、氧化铒、氧化钐、氧化铈中一种或两种按任意比例混合；所述的高Z金属材料为钨单质、钽单质、铋单质中一种或两种以上按任意比例混合。
3.根据权利要求1所述的用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中研磨处理时间为5～10min。
4.根据权利要求1所述的用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中复合粉体加入量为复合粉体和树脂总质量的10～50％。
5.根据权利要求1所述的用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2获得到的复合涂层的厚度为100 μ m ～1cm。
6.根据权利要求1所述的用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中树脂为环氧树脂、氰酸酯、聚氨酯或高密度聚乙烯中任意一种。
7.根据权利要求1所述的用于空间高能质子辐射防护的双组份功能填料复合涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中浆料涂覆方式为喷涂法、刮涂法或旋涂法。
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